A materia escura

A primeira etapa do  método científico consiste na observación, o que significa que cando un investigador quere explicar algún fenómeno, o primeiro que fai é observalo con atención e con minuciosidade. Non obstante, sábese desde hai tempo que ocorren fenómenos que non podemos observar, porque non son “visibles”. Aínda así, o home foi capaz de descubrir, producir e analizar tódalas “luces” que existen máis alá do visible no espectro electromagnético, desde as microondas ata os raios gamma. E con iso considerábase que tódolos fenómenos poderían ser dun ou doutro xeito observados, e talvez explicados. Pero pecouse de optimismo, porque, ó pouco, novas evidencias fixeron que nos decatásemos da enorme magnitude do que aínda se ignora por permanecer no estado de inobservable. Un exemplo atopámolo na compresión da evolución do Universo.

Xa en 1933 Fritz Zwicky, tratando de explicar as velocidades orbitais das galaxias nos cúmulos, propuxo a existencia dunha “masa invisible”, porque a dos obxectos celestes visibles resultaba insuficiente para explicar tales efectos. Máis tarde, en 1974, a existencia desa “masa invisible”, chamada agora “materia escura”, foi confirmada pola astrónoma Vera Rubin, cando precisou dela para explicar por que a rotación das estrelas que orbitan arredor dos buratos negros que hai no centro das galaxias espirais coma a nosa sucede á mesma velocidade, con independencia da distancia á que se atopen do centro. Deste xeito, hoxe ninguén dubida da existencia no Universo dunha “materia escura”, evidenciada polos seus efectos gravitatorios, aínda que non poida ser detectada directamente cos medios técnicos actuais. Ademais, a confirmación en 1988 de que a expansión do Universo ocorre de forma acelerada, levou á consideración da existencia dunha “enerxía escura” que inunda o Universo e cuxa natureza tampouco se coñece con seguridade. As últimas medicións indican que do total de masa-enerxía do Universo, un 70% estaría en forma de enerxía escura, un 25% como materia escura e só un 5% sería materia ordinaria, a única que podemos ver. Esto pode darnos unha medida da nosa ignorancia. Newton dixera no século XVII que o que se sabía era unha gota e o que se ignoraba un océano; desde entón tense avanzado moito, pero aínda é máis o que se ignora.

Pode vir ó caso todo isto porque a miúdo comprobamos como tamén na sociedade abunda a “materia escura”. Aparentemente, no mundo globalizado e internetizado, toda a información imaxinable e máis está á disposición de calquera cidadán a través dun simple “clic” no seu ordenador. A realidade está lonxe desa suposición, como se vé cando aparecen filtracións coma a recente dos “Papeis de Panamá”, ou outras anteriores coma a de WikiLeaks, a da lista Falciani, a dos papeis de Bárcenas, etcétera, etcétera. A verdade é que, en cada momento, apenas sabemos o que se deixa que saibamos, e case sempre ignoramos o que interesa que ignoremos. Poderíamos dicir, botando man da terminoloxía de G. Lucas na saga de “Star Wars”, que os grandes poderes, as grandes forzas e os seus aliados, hai tempo que pasaron a operar desde o “lado escuro”... Baixo a luz, intensa e ata cegadora por momentos, só quedamos o común dos cidadáns, coas nosas traxedias, cos nosos divertimentos e cunha forza cada vez máis limitada…

Pero, é posible transparentar as accións dos militantes no “lado escuro” para volvelos vulnerables á luz?  Non é fácil, pero tampouco é imposible: sempre hai “efectos gravitatorios” que os delatan… Non obstante, un “Retorno do Jedi” tampouco parece probable.

Artigo publicado no diario La Región o domingo 17 de abril do 2016.

A luz

De tódolos atributos da natureza, talvez o máis apreciado polo home sexa a luz. Hai unha crenza antiquísima na luz como causa primixenia de todo; e nin é casualidade que detrás da palabra “Deus” estea a raíz indoeuropea *deiw- ‘brillo, luz’, nin que as primeiras palabras de Deus na Creación, segundo o Xénese, fosen «Que haxa luz». Por iso, un dos retos máis antigos da humanidade é o de entender a luz: ningunha empresa consumiu tanta intelixencia coma a de desvelar a súa natureza.

Pero os antigos avanzaron pouco nesa comprensión; tivo que chegar Newton para propoñer, a mediados do XVII, que a luz estaba formada por diminutos corpúsculos emitidos polos corpos luminosos para explicar as leis da óptica. Pola mesma  época, un holandés, C. Huygens, pensou que unha explicación máis aceptable viña de supoñer que a luz eran ondas; pero se fosen ondas, por que a luz formaba sombras recortadas e non dobraba as esquinas coma as outras ondas? Iso fixo que trunfase Newton. Pero en 1801, T. Young realizou un experimento no que comprobou que a luz, ó pasar por regandixas suficientemente estreitas, tamén dobraba as esquinas (difractábase) coma as demais ondas, e se iso non se observara antes fora porque as ondas luminosas eran extremadamente curtas. A partir de aí xa non houbo dúbidas: a luz era unha onda. Cincuenta anos máis tarde, Maxwell deduciu matematicamente que unha carga eléctrica acelerada debía xerar ondas electromagnéticas que se propagarían á mesma velocidade da luz, o que o levou a pensar que a luz ordinaria talvez fose un conxunto de ondas electromagnéticas de frecuencias capaces de sensibilizar a vista, e que por debaixo e por encima desas frecuencias poderían existir outras luces invisibles coa mesma natureza. Isto foi demostrado en 1887 polo alemán H. Hertz, cando conseguiu producir e detectar as ondas electromagnéticas. A luz das distintas frecuencias conforma desde entón o chamado “espectro electromagnético”, que vai desde as ondas de radio á radiación gamma, pasando polas microondas, o infravermello, o visible –a estreita banda que vemos-, o ultravioleta e os raios X.

E todo parecía moi claro. Pero resultou que a explicación do efectos fotoeléctrico, descuberto tamén por Hertz en 1887, era incompatible coa natureza ondulatoria da luz: esixía, como demostrou Einstein, a natureza corpuscular que antes fora descartada. E este era o dilema da Física a principios do século XX: a luz debía ser considerada como partícula para explicar uns fenómenos e como onda para explicar outros; algo incomprensible, porque non podía ser as dúas cousas á vez. Pero adoita acontecer que nos grandes desafíos escóndense as grandes leccións. E ocorreu que un físico francés, L. de Broglie, no que sería un “momento estelar da humanidade” se Zweig se houbera decatado, pensou se aquela dualidade onda-partícula da luz, totalmente incomprensible, non sería algo común a toda a materia, é dicir, se cousas que considerabamos partículas non poderían comportarse como ondas en certas circunstancias. A hipótese foi lanzada en 1924 e comprobada tres anos máis tarde cando se conseguiu difractar electróns, é dicir, partículas.  Dese xeito, a hipótese de De Broglie pasou a ser un dos piares dunha nova física: a mecánica cuántica. E isto ten un importante corolario: no universo suceden cousas fóra da nosa capacidade de comprensión, en concreto, no mundo atómico e subatómico, que é onde  nace a luz. 

E, aparte diso, preguntará algunha mente práctica, tanto esforzo serviu para algo? Sen dúbida; bastará con que lle diga que millóns de persoas viven á conta do que foron descubrindo os que só querían saber da luz…

(2015, Ano Internacional da Luz)

Artigo publicado no diario La Región o venres 6 de marzo do 2015

Átomos

Richard Feynman (1918-1988) foi un destacado físico estadounidense, gañador do Nobel en 1965. Nas  súas Lectures on Physics, a principios dos setenta, fixemos moitos o primeiro achegamento serio á Física, porque Feynman, ademais de investigador, foi un dos máis grandes mestres desta disciplina. Nunha das lectures facía Feynman esta interesante conxectura: «Se por un cataclismo resultarán destruídos tódolos coñecementos científicos e unha soa frase puidera pasarse ás xeracións seguintes, que sentencia contería a máxima información no mínimo de palabras? Eu creo que  sería esta: “todas as cousas están feitas de átomos”...Nesa única frase está contida unha enorme información sobre o mundo». Os anuncios, a semana pasada, dos Premios Nobel de Física e de Química fixéronme lembrar a reflexión de Feynman.

O Nobel de Física gañárono tres xaponeses, Akasaki, Amano e Nakamura, polo invento, en 1992, dos LEDs azuis, díodos emisores de luz azul. Os vermellos e os verdes xa se conseguiran trinta anos antes, pero os azuis resistíanse, imposibilitando a existencia das lámpadas LED de luz branca. A invención dos azuis fixo posible a construcción desas lámpadas e o inicio da revolución que agora estamos vivindo na iluminación. As lámpadas LED: multiplican por cinco a eficiencia luminosa das fluorescentes –ás que xa non cabe chamar de “baixo consumo”- e por vinte a das antigas de incandescencia, o que conlevará un importante aforro de recursos enerxéticos; eliminan os perigos contaminantes das fluorescentes, que conteñen mercurio e a maioría tíranse directamente ó lixo, e duran ata dez veces máis ca estas últimas. 

O Nobel de Química foi para os estadounidenses Betzig e Moerner e para o alemán Hell, polo seu desenvolvemento da microscopía fluorescente de alta resolución, a chamada “nanoscopía”. Esta permite ver moléculas individuais, algo imposible cos microscopios ópticos tradicionais, incapaces de superar o límite de resolución de 0.2 micrómetros que establecera Abbe en 1873.  Abriuse así unha fiestra ó estudo, en tempo real, do comportamento molecular dentro das células vivas, algo impensable ata hai pouco, e que leva conducido, por exemplo, a grandes avances no estudo do Parkinson e do Alzheimer. 

Curiosamente, no cerne dos dous inventos hai algo en común: unha emisión luminosa asociada a electróns que caen desde uns estados enerxéticos superiores a outros inferiores, dentro da estrutura dun cristal de nitruro de galio excitado pola corrente eléctrica no caso dos LEDs, e dentro da estrutura dunha molécula fluorescente excitada por un láser no caso da nanoscopía. En suma, os dous grandes logros veñen do estudo dos átomos e da súa estrutura interna: daquel coñecemento fundamental que apuntaba Feynman.

E, mentres tales estudos fan avanzar o mundo, investigadores españois nestes campos teñen que emigrar. Aquí fináncianse mellor os estudos sobre as nosas teimas de sempre: identitarias, lingüísticas, históricas, literarias, políticas, folclóricas…Por desgraza para nós, ó mundo móveo o coñecemento, e ningún país de costas á ciencia pode garantir o benestar dos seus cidadáns. O ranking de premios Nobel de Física e de Química pode valer de indicador do potencial de coñecemente dun país: EEUU (117), Alemaña (48) e Reino Unido (43) encabézano; España (0), Portugal (0) e Grecia (0) –que casualidade!- están á cola no contexto europeo; entre medias: Francia (17), Holanda (12), Polonia (12), Austria (8), Suecia (7), Dinamarca (6), Italia (5)… É triste, pero isto é o que hai.

Si; en literatura estamos mellor: en sétima posición, con 5 premios, empatados con Polonia e con Rusia… Xa se sabe: non se conforma quen non quere!

Artigo publicado no diario La Región o sábado 18 de outubro do 2014

Sistema Métrico

Na antiga proba de ingreso ó bacharelato, que se facía ós dez anos, había unha pregunta que nunca faltaba: a referida ó Sistema Métrico. Tratábase, normalmente, dunha equivalencia entre unidades de superficie ou de volume, e ningún cativo que ignorase esas relacións entraba no instituto. Había unha razón para isto: o coñecemento das medidas sempre fora símbolo e ata sinónimo de civilización. Así, cando Montaigne, no XVI, describía o estado de barbarie das xentes do Novo Mundo, apuntaba: «non coñecen as letras, nin os pesos nin as medidas». Logo, a importancia da medida foi medrando co coñecemento científico. E nesas seguimos.

Haberá dous meses, unha TV saía ás rúas de Compostela para preguntar cuestións semellantes ás do antigo ingreso, pero non a rapaces de dez anos, senón a xente adulta, estudantes universitarios principalmente. O resultado foi patético: a maioría dos enquisados ignoraba as unidades do Sistema Métrico e as súas equivalencias. Resultou que a “xeración máis preparada da historia de España” descoñecía, xa non o Sistema Internacional de Unidades, senón o Sistema Métrico Decimal.

Non me sorprendeu nada o resultado: comprobo o mesmo cada ano nas miñas aulas. E o problema, lonxe de amosar visos de solución, agrávase; pero non por causa dos alumnos, intelixentísimos, senón porque cada vez queremos que saiban máis cousas en menos tempo, e non é iso! Agora, por exemplo, xa non é infrecuente que estudantes do último curso de bacharelato –de ciencias!- confundan a lonxitude da circunferencia coa área do círculo... Progresamos adecuadamente.

Isto lévanos ó de sempre: á monumental ignorancia científica que existe en España. Si, xa sei que hai excepcións moi relevantes, pero refírome  á sociedade en xeral. Por moito que se diga, aquí perdura o unamuniano “que inventen ellos”. E teño a sensación de que moitos proxectos cualificados de  científicos, nos que se investiron e invisten grandes cantidades de recursos e de intelixencia, sono máis polo método –e pola subvención- ca pola substancia; mentres, pouco se avanzou, en termos comparativos, no estritamente científico. Talvez aí estea a razón principal das nosas dificultades para atopar unha alternativa ó país do ladrillo.

Pensaba niso o outro día, cando unha periodista repetía ata tres veces que a inhalación de “CO₂” fora a causa da morte de dous anciáns de Catoira. Ou cando, con ocasión do tema do prezo da luz, me cansara de ler nos periódicos como subira o “kW/h”, unidade inexistente que confunden co “kWh”, quilowatt-hora, enerxía que consume un aparato de un quilowat de potencia traballando durante unha hora; unha confusión que, asómbrense, ata aparece no Informe Lagares sobre a Reforma Fiscal. Pero eses erros tan frecuentes poderían estar relacionados coa implantación en España dun novo sistema de unidades, o xa denominado Sistema Campo de Fútbol, moi utilizado nos telediarios: “Construyen un parque solar del tamaño de 300 campos de fútbol”; “Los rellenos roban a la ría una superfice de 40 campos de fútbol”, etc.

Atención porque comeza unha nova etapa civilizadora co selo inconfundible da Marca España. Cando o home era considerado medida de tódalas cousas as unidades tiñan unha base antropolóxica –pé, palmo, polgada…-; logo, descuberta a insignificancia universal do humano, coa Revolución Francesa veu o Sistema Métrico, co metro e a súa base astronómica. Agora, o xenio hispano propón unha nova base: a futbolística, en consonancia coa verdadeira cultura do país e co seu sistema de valores… Para que logo digan que ter a mellor liga do mundo non vale para nada!

Artigo publicado no diario "La Región" o mércores 19 de marzo do 2014

Radicais “alugo”: o léxico científico e o galego

A sosa é branca

Estaba lendo cos meus alumnos no libro de Física e Química de primeiro de bacharelato cando atopamos que falaba duns radicais “alugo”. Nun primeiro momento non entendín de que se trataba, pero de seguido me din conta que se refería ós radicais “alquilo”: «Radical orgánico que resulta de eliminar un átomo de hidrógeno de un hidrocarburo alifático», na definición do dicionario da Real Academia Española (RAE). Á autora da tradución, ó ver en castelán “radicales alquilo”, non se lle ocorreu mellor idea ca traducir “alquilo” literalmente ó galego, e así saíron eses “macarrónicos” “radicais alugo”. Non é a primeira vez  que atopo cousas deste estilo. Sospeito que esta circunstancia vén da mala costume de encargar a tradución dos orixinais en castelán a profesores de galego sen coñecementos da disciplina que traducen. Habería dúas solucións para evitar este desaguisado: encomendarlle a tradución a profesores da disciplina que dominen o galego –que algúns haberá!-, ou proceder á elaboración dos orixinais en galego, cousa que tampouco parece difícil; de feito, algúns dos mellores libros de texto de Física e Química de secundaria son de autores galegos, e en galego. O que veñen facendo a maioría das  grandes editoriais con esas traduccións pouco coidadas é unha verdadeira trapallada, aínda que logo o prezo dos libros indique outra cousa. E o que se consegue, a maiores, e provocar unha gran confusión entre os alumnos, que bastantes dificultades teñen para aprender a multitude de novos nomes e conceptos que tratamos de ensinarlle, para que encima veñamos a complicarllo máis con galeguizacións fóra de toda razón e conveniencia.

                                                     

No caso que nos ocupa, os radicais “alquilo” do castelán simplemente deberán ser radicais “alquilo” en galego; incluso “alquil” e “alquila” poderían ser formas válidas, como sucede no portugués. Pero “alugo”, nunca! Nada ten que ver o nome dos radicais “alquilo” con “alugar”. Convén saber que o nome alkyl para os radicais orgánicos comezou a utilizarse en Alemaña a finais do século XIX, e deriva de alkohol, igual ca alcano, alqueno ou alquino. O sufixo –yl, tomado do grego ulh ‘materia’, foi introducido por Liebig e Wohler para denotar o carácter de materia fundamental que tiñan os radicais. Desde o alemán o nome chegou ós outros idiomas: alkyl en inglés, alquil en portugués, alquil en castelán, alkyle en francés. E, podendo ser, alquilo en galego. Pero, o caso é que a voz non aparece nin no dicionario da Real Academia Galega (RAG) nin no de Xerais.

E isto lévanos ó grave problema de fondo: as importantes deficiencias que presentan os dicionarios de galego no tratamento do léxico científico. Non obstante, se queremos que o noso idioma sexa unha lingua viva e adaptada ós tempos actuais, é preciso ter un gran coidado con este tipo de léxico: nos guste ou non, vivimos nunha sociedade científica! Lévase progresado algo nos últimos anos, tampouco hai que negalo, sobre todo na depuración de formas inapropiadas,  pero o panorama dista de ser o desexable, tanto pola ausencia de voces importantes, coma polas deficientes, cando non erróneas, definicións dos termos científicos. Isto último resulta especialmente grave, pois se algo resulta consubstancial coa ciencia é a precisión nas definicións.  Aí van uns exemplos de mostra:

Comezarei cun metal moi común: o aluminio. No diccionario da RAG lemos: «Elemento químico do grupo dos térreos, de cor prateada, brillante, inoxidable, lixeiro, maleable e bo condutor da calor e a electricidade, que ten múltiples usos industriais.». Pois non, o aluminio non é un metal inoxidable; ó contrario, oxídase fácil e espontaneamente; o que pasa é que se recubre dunha capa de óxido de aluminio, pasivante, que é a que impide o progreso da corrosión. O mesmo erro aparece no dicionario de Xerais. Pola contra, a definición que aparece no dicionario da RAE é correcta.

Seguirei con outro elemento químico, con aquel que, se temos en conta a súa importancia para a química da vida, podería ser considerado o máis importante do Sistema Periódico: o carbono. No dicionario RAG aparece: «Elemento químico non metálico, sólido, que se atopa en todas as substancias orgánicas. O seu símbolo e C. O carbono é bo condutor da calor e da electricidade.». Aquí o erro, con independencia do pobre que resulte a definición, está na frase que se pon como exemplo. Do carbono existen dúas formas principais diferentes: o grafito e o diamante.  As dúas presentan boa conductividade calorífica, certo, pero distinta conductividade eléctrica: o diamante é un illante, mentres o grafito é conductor, aínda que a súa conductividade sexa moi inferior á dos metais. Tampouco aquí o dicionario da RAE está acertado, aínda que por outros motivos.

Pasemos agora a un composto químico tan coñecido como a sosa. No dicionario da RAG lemos: «Substancia química sólida, de cor abrancazada tirando a amarela, moi cáustica. A sosa é un dos ingredientes do xabón.». Moito máis fácil sería recoller a concisa definición que dá o dicionario da RAE na terceria acepción para esta voz: «quim. Hidróxido sódico, muy cáustico. (NaOH).». Dese xeito non meteríamos a pata dúas veces: a primeira, porque a cor do hidróxido sódico é branca, sen máis; a segunda, porque a sosa cáustica non é un ingrediente do xabón, senón un reactivo químico que se usa para obter os xabóns, sales alcalinos dos ácidos graxos superiores que se obteñen por saponificación das graxas con sosa. Ingredientes poden ser as distintas partes que forman unha mestura, pero non os reactivos dunha reacción química. Máis grave, se cabe, é o erro do dicionario de Xerais nesta mesma voz, cando dí que a sosa “se extrae do sodio”: o sodio é un elemento químico e, por definición, del non se pode “extraer” máis ca sodio! Nin sequera a sosa se “prepara” a partir do sodio, senón do carbonato de sodio ou do cloruro sódico, segundo o método que se siga.

Por último referireime a un dos conceptos máis fundamentais da química: o de “mol”. Vexamos o que atopamos no dicionario da RAG: « Fis. e Quim. Unidade para medir a masa das moléculas, expresada en gramos, equivalente á suma das masas dos átomos que compoñen a molécula. Un mol de auga equivale a 18 g de auga.». Totalmente falso: a unidade para medir a masa das moléculas, expresada en gramos, é o gramo! Pola mesma razón, o cabalo branco de Santiago é branco! Tampouco acerta coa definición o dicionario da RAE cando o pon como sinónimo de molécula-gramo e di que esta é o “peso molecular expresado en gramos”. Acertado está aquí o dicionario de Xerais, cando recolle a definición correcta: cantidade de substancia que contén tantas entidades elementais (átomos, moléculas, ións, etc.) como átomos hai en 12 gramos de carbono-12 (6,02 x 10²³). É moi sinxelo: no caso de unidades, simplemente se debe adoptar a definición que dá a Oficina Internacional de Pesos e Medidas (BIPM). Hai que dicir, iso si, que con bo criterio se elixiu o xénero masculino para esta unidade, renunciando ó feminino que indicaría, en última instancia, a etimoloxía: molécula é feminino porque vén do latín moles ‘mole’, e de molécula vén mol.

Vale o antedito para engadir un comentario e lembrar por enésima vez a Marc Bloch: “unha palabra vale moito menos pola súa etimoloxía ca polo uso que se fai dela”. Comezei falando dos radicais “alquilo” e de que o seu nome ven de “alcohol”.  Se buscamos a etimoloxía vemos  que alcohol era no latín medieval ‘po finísimo de antimonio que se obtiña por sublimación”, do árabe al-kuhul ‘po metálico finísimo de antimonio que utilizaban as mulleres para pintar os ollos’. No século XVII ampliouse o contido semántico e pasou a significar ‘calquera substancia sublimada, o espírito de calquera cousa’. Foi así como, soamente despois do século XVII, alcohol chegou a significar  ‘espírito do viño’, que nada ten que ver co antimonio. Non, non hai que ser escravos das etimoloxías: o nome de “átomo” vén do grego e significa  ‘indivisible’, e púxoselle este nome porque se pensaba que os átomos eran as últimas partículas da materia; logo resultou que non, que eran divisibles: pero seguimos chamándolle átomos! -Atención ós que defenden que ó vínculo das parellas do mesmo sexo non se lle pode chamar matrimonio: co mesmo argumento, ós atomos non se lle podería chamar átomos!-. Na realidade non hai que ser escravos nin da etimoloxía nin de nada, e as leis gramaticais non poden ser vistas coma se de leis da natureza se tratase!  Polo feito de que parálise, fotólise, catálise ou análise sexan esdrúxulas, non teñen porque selo obrigatoriamente electrólise ou electrólito, tal e como se considera no galego normativo. No castelán existe “electrólisis” e “electrólito”, si, pero acéptanse “electrolisis” e “electrolito”, formas estas últimas que se usan case que con total exclusividade, supoño que por influencia do francés. E o mesmo debería ser en galego. Unamuno, que era catedrático de grego, defendía con razón que Arquímedes non gritara Eureka, senón Eúreka!... Pero quedou Eureka!

Sempre me resultou chocante como os homes de letras adoitan defender con maior empeño a suxección do idioma ás leis gramaticais cós científicos o cumprimento exacto das leis naturais! E cando un revisa a lista de académicos da lingua e atopa que, de trinta membros, soamente dous, un farmaceutico e un arquitecto, son homes de ciencias, explícase a importancia que se lle concede en Galicia á ciencia en relación coa lingua.

O bosón de Higgs: un descubrimento fundamental

Non é a ciencia un dos temas máis habituais deste blog, aínda que sempre se tratou de escribir algo sobre aqueles feitos que se consideraron máis relevantes nese ámbito. Sirvan de exemplo casos coma o do accidente de Fukushima ou o do experimento OPERA. Esta semana anunciouse desde o CERN, en Xenebra, a observación dunha nova partícula fundamental compatible co bosón de Higgs, e isto pode ser un fito fundamental na historia da Física, na nosa comprensión da estrutura do universo e na das forzas fundamentais que o regulan. Peter Knight, prestixioso físico británico, sinalou que este descubrimento ten tanta importancia para a Física como o tivo o do ADN para a bioloxía.

Para escribir sobre todo isto solicitei axuda ó meu amigo o profesor Ramón Cid Manzano, editor, xunto co seu fillo Xabier, da web Achegándonos ao LHC. Ramón Cid estivo en diversas ocasións no CERN e participou nalgún dos seus programas, e o seu fillo Xabier forma parte como investigador do Grupo de Física de Altas Enerxías da USC que se atopa en Xenebra. Deste xeito, se poucos deben estar máis ó tanto  dos experimentos que se realizan no CERN, bastantes menos serían os capaces de explicarnos de forma sinxela a importancia deste descubrimento.

A PARTÍCULA DE HIGGS, OU COMO UNHA EUROPA DOS CIDADÁNS É POSIBLE. Ramón Cid Manzano

A verdade é que entre todos os disgustos que a economía non trae un día si e outro tamén, as portadas dos periódicos do día 5 de xullo déronos unha pequena tregua. A Ciencia foi a protagonista; certamente unha parte dela resulta bastante incomprensible para o cidadán medio, pero a todos seduce cando trata de asuntos tan profundos.

A “partícula de deus” está aquí... ou case. Foi un Premio Nobel, Leon Lederman que escribiu un libro hai unhas décadas insistindo en que ou atopábamos esa partícula ou a nosa comprensión do que nos rodea está errada. Pensou en chamarlle a esa partícula “the goddamn particle” (algo así como “a partícula endemoñada”) polo difícil de ser detectada, pero o editor do libro pensou que vendería máis se o titulaba “the god particle”, e dicir a “partícula divina”. Lederman aceptou ese novo alcume porque en efecto se trataba da partícula máis transcendente que quedaba para pechar un edificio teórico que funcionaba moi ben (a outros moitos físicos, a idea de mesturar ciencia e relixión non lles gustou moito).

Entremos en materia. Se quen isto está lendo quere mover o teclado custaralle máis que se quere mover o rato. Dicimos que o primeiro ten máis masa que o segundo. Por outra parte, como todo está formado de átomos, o teclado ten unha masa que é a suma das dos átomos que o forman. E como os átomos están formados por electróns, protóns e neutróns, pois concluímos que a masa do teclado é a suma das masas de todos os electróns, protóns e neutróns que o forman.

Sendo un pouco máis preciso, sabemos hai xa corenta anos que en realidade os protóns e neutróns están a súa vez formados por outras partículas máis simples chamadas “quarks”. En particular, un protón está formado por tres quarks (dous do tipo “u” e un do tipo “d”, é dicir, un protón = uud)., e un neutrón están formado tamén por tres quarks (dous do tipo “d” e un do tipo “u”, é dicir, un neutrón = udd).

Así que, dunha forma un tanto simplificada, podemos dicir que a masa do teclado, e de vostede mesmo, é a suma das masas dos electróns e dos quarks (“u” e “d”) que forman o ese corpo.

Dado que os electróns e quarks son obxectos moi “pequenos” reciben o nome de partículas, e os físicos que estudan as súas propiedades reciben o nome de “físicos de partículas”.

Pero, por que as partículas teñen masa? E, por que teñen as masas que teñen? E, por que hai tales diferenzas de masas entre unhas e outras?... Por que o teclado ten masa?

Por exemplo o quark “d” ten máis masa que o “u”, e calquera destes dous teñen máis masa que o electrón.

Estas preguntas parecen estrañas para os que non traballan en física fundamental, porque a maioría pensan que é unha cualidade desas partículas e xa está. Pero os físicos teóricos non se contentan con un “porque si”. Propoñen modelos, esquemas, construcións mentais, para poder contestar a preguntas como esa.

Nos anos 60 do século pasado, e de forma case independente, uns cantos físicos de partículas teóricos (Peter Higgs, Francois Englert, Robert Brout, Gerald Guralnik, Dick Hagen e Tom Kibble), propuxeron unha explicación para comprender o asunto este das masas das partículas. Presentaron unha mecanismo mediante o cal as partículas adquiren masa. A principios dos setenta comezou a popularizarse esa explicación co nome de “mecanismo de Higgs”, probablemente por ser o apelido máis fácil de pronunciar e lembrar.

Vexamos. Que queremos dicir con “masa”. Pois é unha propiedade que mide a dificultade que presenta un obxecto a cambiar o seu estado de movemento (ás veces dicimos que a masa mide a “inercia” dos obxectos). Así, se precisamos o dobre de forza para que un corpo comece a se mover, en comparación con outro, iso significa que o primeiro ten dobre de masa que o segundo. Tomamos un patrón (un cilindro de iridio e platino de tamaño preciso) e lle damos o valor de 1 kg de masa, e o resto se compara con el. Así lle asignamos o valor da masa a todos os obxectos a partir dese patrón.

Para a inmensa maioría dos fenómenos que nos rodean esta descrición abonda. Para algúns máis meticulosos, poden chegar un pouco máis aló e dicir, se un corpo ten medio quilogramo significa que a suma das masas dos átomos que forman ese obxecto é a metade da suma das masas dos átomos que forman o patrón de 1 kg.

Pero isto non chega para os físicos de partículas. Queren saber de onde lle ven a masa a cada átomo. Ou a cada electrón e a cada tipo de quark. E tamén queren saber por que esa diferenza de masas entre unhas partículas e as outras.

Pense no seguinte: teño un electrón e un quark en medio do espacio interestelar, lonxe de calquera outra cousa. Pregunta: por que me costa centos de veces máis mover un quark que un electrón? Se algún está pensando en algo como, “porque o electrón é máis pequeno ou o quark máis grande”, que o esqueza. Nesas escalas non existe o concepto tamaño. Dito doutro modo, esas partículas son obxectos puntais, para os que iso do tamaño carece de sentido. Tampouco vale algo así como que o quark é máis “denso”. Este é un concepto a escala grande, e non ten sentido cando falamos de partículas elementais.

Volvamos a Higgs, Englert, e compañía. Propuxeron que todo o espazo está cheo dunhas partículas invisibles para nós que agora chamamos partículas de Higgs (ou, máis tecnicamente, bosóns de Higgs, aínda que isto último non é de interese aquí). Outra forma habitual de chamarlle a isto é dicir que o espazo está cheo dun campo: “o campo de Higgs”. Quizais axude a isto pensar noutros campos máis coñecidos, como o campo gravitacional creado pola Terra, ou o campo magnético creado por un imán. A idea de campo é unha construción dos físicos que axuda a entender como se producen os efectos que uns obxectos causan noutros. Por exemplo, a Lúa está sometida ao campo gravitacional da Terra (e viceversa).

Por certo, se algún se está a preguntar, por que non vemos as partículas de Higgs ou o campo de Higgs, a resposta é a mesma que se preguntamos por que non vemos o campo gravitacional da Terra. Pero si que o percibimos. Ese campo gravitacional é o responsable de que nos custe levantar un obxecto, e o de Higgs é o responsable de que nos custe desprazalo se está parado.

Volvamos ao campo de Higgs. Cando a luz (se se quere, as partículas de luz, chamadas fotóns), se moven nese campo, que todo o inunda, non senten ningunha “conexión” (se se quere interacción) coas partículas de Higgs, e por iso van á maior velocidade que a natureza permite. Sen embargo, cando é un electrón o que se move, se “conectan” a el certo número desas partículas e polo tanto presenta un certo problema para se desprazar. Esa dificultade para se mover significa que adquire masa. Se agora temos un quark “u” presenta máis conexión aínda e por tanto máis masa.

Xuntando o “puzzle”, os átomos, e todos os obxectos que eles forman, ao se mover polo espazo, cheo de partículas de Higgs, presentan máis ou menos dificultade para se mover. 

Un exemplo visual sería botar diferentes tipos de pelotas na area da praia e tentar movelas sobre ela. Segundo o tipo de pelotas, unhas se desprazan máis facilmente cas outras. A area é o campo de Higgs, e cada areíña é a partícula de Higgs. Este é o mecanismo proposto. Claro, que como sempre ocorre en Física, as ideas hai que escribilas na linguaxe das matemáticas, e iso foi unha faena complexa e que deu lugar a ecuacións complicadas e a algunhas consecuencias importantes. As que aquí nos interesan son dúas, que esa partícula de Higgs ten que ser dun tipo chamado “bosón” e que a súa masa ten que ser máis de cen veces a do protón.

Entón, como podemos “fabricar” unha partícula como esa?

Tentouse en dúas máquinas (aceleradores) grandes chamadas LEP e Fermilab, pero a máquina destinada a acadar este fito foi o LHC que funciona hai un par de anos en Xenebra (Suíza). Fanse colidir miles de millóns de protóns contra outros tantos que van en sentido contrario, e a tal velocidade que dan lugar a creación de centos de partículas que só así poden ser creadas. Unha deses partículas e o bosón de Higgs, que inmediatamente se desintegra para dar outras máis lixeiras. O que fan dous dos detectores do LHC, chamados ATLAS e CMS, é seguirlle a pista a esas partículas que proceden da desintegración do bosón de Higgs, para demostrar que foi creado, e afirmar así que de verdade existe.

Na imaxe temos unha recreación dunha colisión protón-protón para dar unha partícula de Higgs. Os dous sinais vermellos son dous fotóns de moita enerxía que proceden da desintegración dunha partícula de Higgs.

Para iso é preciso primeiro analizar centos de miles de sucesos de entre centos de miles de millóns, e ter un número de candidatos que cumpran as condicións. Pois ben, o día 4 de xullo de 2012 os equipos de CMS e ATLAS presentaron os seus resultados concluíndo que hai evidencia de que unha nova partícula, cunha masa dunhas 125 veces a do protón, se ten creado, e que hai indicios de que do seu comportamento se poda deducir nos próximos meses que se trata da partícula de Higgs.

Se é así, a Física terá completada unha viaxe que comezou hai case cincuenta anos, e teremos unha mellor comprensión de como funciona a natureza. Desde os anos setenta, o modelo físico no que están integrados os quarks, os electróns e outras cantas partículas máis, incluída a de Higgs, recibiu o nome de “Modelo Estándar” da Física de Partículas. Co esperado descubrimento de hai uns días, se se ratifica dentro duns meses, poderemos dicir que o “Modelo Estándar” queda totalmente establecido.

Digamos que coas enerxías que están presentes no universo actual e accesible aos nosos instrumentos, ese modelo danos cumprida resposta ás preguntas que queiramos facer sobre os fenómenos que ocorren dentro del.

Non obstante, falta por comprender con precisión que ocorreu nos primeiros instantes do universo; non se sabe como incluír a gravidade no modelo estándar, e tampouco se sabe que é iso da enerxía escura e a materia escura que se teñen proposto para explicar feitos descubertos hai un tempo. Así que, seguro que no futuro este modelo deberá ser substituído por outro mellor que explique os enigmas que quedan por resolver. A Física ten moito traballo por diante.

Hai tres cousas coas que quero rematar. Unha é a presenza de científicos e científicas de Galicia neste marabilloso reto. Nesa institución que alberga todo este experimento (CERN - Centro Europeo de Investigación Nuclear), hai unhas ducias de físicos e enxeñeiros e informáticos galegos que están en primeira liña de investigación, e o Departamento de Física de Partículas da USC xoga un papel importante na Física que se está a desenvolver nesa institución. A segunda cousa, é que toda esa investigación da lugar a tecnoloxías de todo tipo que acaban por chegar a todos nós. O internet actual coa linguaxe html (www) naceu no CERN, pero tamén o TAC, e o manexo da superconductividade que é a base dos RMN dos hospitais, e moitas outras cousas. Deixar de invertir en ciencia é un grave erro para o futuro. En terceiro lugar, o CERN, que naceu hai case sesenta anos, é unha demostración de que cando os europeos traballan xuntos a prol de obxectivos comúns no que o diñeiro é un instrumento e non un fin, producen grandes beneficios para toda a comunidade. Alí os países quedan nun segundo plano, o que importa é a Europa dos cidadáns, e non a dos mercadores.

Aforro enerxético: o bulo das lámpadas

Aínda que non é habitual que neste blog trate temas relacionados coa miña profesión de ensinante de Física e Química, considerando que se trata dunha cuestión de interese xeral farei unha excepción. O tema é: afórrase máis enerxía mantendo certas luces acendidas ca apagándoas cada pouco?

Di a sabedoría popular que unha cousa é predicar e outra dar trigo. No ensino gañamos a vida predicando, pero o trigo ás veces non se ve por ningún lado; é o caso do aforro dos recursos enerxéticos, do que se fala moito e se practica pouco. Calquera diría que nos centros educativos, onde “conservación do medio”, “economía sostible”, “contaminación”, “reciclaxe”, etc.,  son termos frecuentes nos currículos, os comportamentos relacionados con este tema deberían ser exemplares. Pois nada diso, tamén aquí a realidade pouco ten que ver co que se predica. Un día tras outro observo, desde hai anos, que é raro pasar por diante dunha aula sen alumnos (cando están no recreo, cando se desprazan a outras aulas específicas, etc.) que non teña todas as luces acendidas. Moito máis frecuente é ver como, cando sae o sol, se baixan tódalas persianas, ben porque algún alumno ve mal o encerado, ben porque a outro moléstalle na cara, etc, etc. Tampouco resulta infrecuente ver como as luces permanecen acendidas cando hai claridade de sobra para traballar. Desde sempre, no momento en que entro nunha aula nesas condicións, pido que se apaguen as luces artificiais e  se deixe que entre ese gran ben que é a luz natural. Adoito lembrar, de paso, cantos grandes homes estudaron sen luz eléctrica e o ben que lle facemos ó medio cun comportamento responsable. Se o sol lle molesta a algún alumno, simplemente lle recomendo que se cambie de pupitre (por desgracia, hoxe en día, raras veces faltan lugares baleiros nas aulas) ou que se mova un pouco (dada a imposibilidade de mover ó sol do sitio que ocupa en cada momento). Cando era máis novo pensaba que esta era unha batalla gañada. Craso erro de xuventude: a razón poucas veces gaña batallas, máis ben acostuma perdelas!  No caso que nos ocupa, non só poñen mala cara algúns alumnos por ese “gran esforzo” que se lles solicita, tamén hai profesores que reaccionan de xeito parecido. Pero, a estas alturas da partida, tampouco me preocupa moito; eu, convencido das miñas razóns, simplemente manteño posicións, e non penso ceder nin un palmo. Logo, que cada quen faga o que estime conveniente.

Unha das cousas que máis me ten amolado nesta cuestión é o bulo de que se aforra máis mantendo as luces acendidas ca apagándoas cada pouco. Téñome parado a explicarlle ós alumnos, e tamén a algún compañeiro, que iso é unha bobada absoluta: que cando un apaga as luces acabouse o consumo, é que o maior consumo no acendido é un estado transitorio tan breve que non equivale, no caso máis desfavorable, máis ca a uns poucos segundos de consumo normal. Que, en todo caso, a pedagoxía do tema obriga a que a regra básica de comportamento sexa: apagar as luces cando non son precisas. Pois nada, todo inútil: tapas o rego por un lado e aparecen corenta buratos polo outro –algúns provocados–. Supoño que se o bulo obrigase a algún esforzo non se propagaría coma a espuma, pero como é tan cómodo o que predica…

Ben, pois para que non haxa máis dúbidas ó respecto, adxunto unha demostración da falsidade do bulo. Fíxoa o equipo de “cazadores de mitos”, nun documental emitido polo canle “Discovery Channel”, o que dá idea da facilidade coa que se estenden polo mundo as tonterías. A demostración resulta clarísima, e moi grata –grazas ás virtudes da presentadora-, a pesar da deficiente traducción ó castelán.

 As conclusións foron:

• Sempre é mellor apagar calquera tipo de luz cando non se use.

• No caso dos tubos fluorescentes, afórrase enerxía deixándoos acendidos se o intervalo no que ían estar apagados fose menor de 23 segundos. Nos outros tipos de lámpadas tal intervalo redúcese a menos de 1 segundo.

• Despois dunha proba de 100.000 acendidos e apagados, non se apreciaron diferencias importantes na vida media de ningún tipo de lámpadas. Iso equivale a cinco anos de funcionamento normal, e ningunha dura tanto normalmente, excepto as modernas lámpadas led.

Que vos preste!

Leccións de Fukushima

«A ciencia está dividida en dúas categorías: a física e a filatelia»

E.Rutherford (1871-1937)*

 

A  de veces que non teremos escoitado neste País iso de que o ensino na época actual se centra de xeito excesivo na ciencia, e que deixa de lado aquelas disciplinas máis humanísticas (?). O accidente nuclear de Fukushima pode servir, entre nós, para constatar non só a falsidade de tal afirmación senón que o que realmente ocorre é xusto o contrario.

A magnitude da catástrofe que nestes días se vive no Xapón fai que todos esteamos atentos ás noticias que desde alí nos van chegando. Ó asombro pola magnitude do terremoto e do catastrófico tsumami veuse sumar o accidente nuclear. Xustamente, é este último acontecemento o que mantén en Xapón o foco da atención mundial, pola inquietude e temor que produce tal incidencia en tódolos habitantes do planeta. Considero que isto é así ata tal punto que, para o mundo, haberá un antes e un despois de Fukushima, pero non polo terremoto e o tsunami –catastróficos, repito-, senón por causa do accidente nuclear que provocaron.

Así, estes días non foron poucos os alumnos que me manifestaron tanto a súa inquietude coma os seus desexos de saber máis sobre o accidente. Repítense agora as mesmas sensacións do ano 1986, cando o accidente de Chernobil. 

Pero, moito ten cambiado todo desde aquel ano 1986; e non sempre para mellor. Xustamente, cando me propuxen dar algunha explicación ós meus alumnos de Física e Química da ESO sobre o que estaba pasando en Fukushima, atopeime cun grave problema: en todo o ensino obrigatorio non hai un só tema nin unha soa referencia, no currículo de Física e Química, sobre a física nuclear; o que equivale a dicir que en todo o ensino obrigatorio os nosos alumnos non estudan nada sobre este tema de importancia tan capital para a nosa civilización. Isto, con ser grave, aínda o é moito máis cando se observa que nin sequera nas asignaturas comúns do bacharelato se estuda tal contido, se exceptuamos un pequeno apartado da de Ciencias para o mundo contemporáneo (e para darnos conta da “profundidade” coa que se aborda o tema basta dicir que o apartado en concreto, “enerxías alternativas e enerxía nuclear”,  é un máis do cento largo que considera esa asignatura, unha especie de compendio “light” de todo o saber científico universal, para contentar a pasmóns). Deste xeito, o mesmo me pasou ó querer falar do tema cos alumnos de Química de 2º. Soamente teñen un tema de Física Nuclear os alumnos da asignatura de Física de 2º de Bacharelato, unha das optativas que menos escollen (disque é difícil). Si, non é un erro: ¡a Física é unha optativa para os alumnos de ciencias!; que vén a ser coma se a Lingua fose optativa para os de letras. Este estado de cousas conduce a unha penosa conclusión, entre outras posibles: a inmensa maioría dos individuos de este País, teñan estudos obrigatorios, medios ou superiores, non teñen nin a máis mínima idea, fundamentada nos seus estudos, sobre a enerxía nuclear; acaso a que poidan extraer dos periódicos, a televisión ou, o que é pior, dos omnipresentes “tertulianos” (que, polo que vexo, tamén gozan do don da sabiduría na física moderna). E todo iso sucede mentres cansamos e atiborramos ós alumnos con cantidades enormes de contidos, unha boa parte das veces totalmente innecesarios, ou “filatélicos” como diría Rutherford. Parece ser que para formar espíritus críticos….

Por desgracia para nós, a ciencia segue a ser aquilo que inventan os outros (os que a estudan). E ciencia non é, desde logo, castigar ó personal con toneladas e toneladas de filatelia, mentres pasamos de esguello, ou simplemente non pasamos, polos contidos máis fundamentais. Sospeito que, de seguir así, seguirase a perder unha boa parte do gran caudal de intelixencia que pasa por colexios e institutos. E entre os que non se perdan han de ser  máis os cansados e os danados cós formados.

Nunca aprenderemos?... Creo que non!

* Físico que estudou e clasificou os diferentes tipos de radiacións radiaoctivas (alfa, beta e gamma), descubriu que a radioactividade ía acompañada da desintegración dos átomos e propuxo o primeiro modelo atómico nuclear. Gañou o premio Nobel de Química en 1908.